概念

　　湍流边界层拟序结构，是指在尺度为边界层厚度的量级的空间内，流动特征一致或紧密相关的流动。

定义

　　拟序结构是一个连续的大尺度湍流团，它所在的空间范围存在一个相关联的涡旋，并且存在一个有序的涡分量，湍流是由拟序与非拟序的运动组成，后者加在前者上并延伸到拟序结构的边界。

　　所谓拟序结构，是指在切变湍流中不规则地触发的一种序列运动，其起始时刻与位置是不确定的，但一经触发，它就以某种特定的次序发展特定的运动状态，又称相干结构(coherent structure)。

由来和发展

　　长期以来湍流被视为无规则的随机运动。1940年代，Corrsin以及Townsend发现湍流场与非湍流场之间存在一个明显的界面(sharp interface)，该界面后来被Kovasznay称之为在边界层中的大涡结构。1958年，Grant在"大涡假设"构思的基础上，进一步研究了平面尾流，发现尾流中的大涡结构比想象的更加有序，而且尾流中包含有两种大尺度结构，一是涡的配对，两排涡一个接一个地以相反的方向旋转;二是一系列流体从尾流中心射向外缘，他指出这一现象是湍流切应力不稳定的结果。50~60年代，Kline等用简单光学技术对流场进行观察，表明湍流并非像以往所说的那么杂乱无章，他们在边界层中注入染料，发现近壁处有纵向条纹结构，并观察到一种有序的"猝发"过程周期性地发生，这些过程虽然在其空间尺度和强度上仍然无序，但是存在一个明确的统计平均周期和一定的结构外形，这一有序的现象引发了人们对边界层结构的再认识。1971年，Crow和Champagne发现在自由射流的剪切层中存在有序的涡结构，其特征就像上游的扰动在下游的传播。

　　虽然人们很早就以多种形式观察到流场中的有序结构，但是湍流中的拟序结构这一概念，是Brown和Roshko在平面混合层中观察到此现象后，才得以承认并流行开来的。这一过程如此漫长，一则因为人们的观念通常先入为主，湍流的随机性质在人们脑中根深蒂固;二则因为使用了一个多世纪的雷诺平均法，抹平了流场中某些结构特性，阻碍了人们对拟序结构的认识。

作用

　　已有的研究表明，流场中拟序结构包含了一定的能量。据估计，拟序结构所包含的能量占流场中总能量的比重，在平面混合层中大约是20%，加速混合层中大约20%，射流的近区流场大约50%，轴对称射流远区流场大约10%，尾流近区大约20%，平面尾流远区大约20%，壁约束流场大约10%。由此可见，通过控制拟序结构的强弱就能够达到改变湍流场特性的目的。

　　已有研究还表明，拟序结构是产生流动噪声的主要根源，对拟序结构加以抑制和破坏，能大大降低噪声。圆射流中的噪声源不随流场移动，而是固定在涡配对的位置上。这也就是说，不是拟序结构存在的过程对产生噪声起作用，而是拟序结构形成的过程产生了噪声。

　　大涡拟序结构在运动中，会把结构周围非湍流的流体卷吸进结构中来，在大涡合并过程中，这个卷吸现象尤其明显。就自由剪切层而言，流场的增长主要是大涡拟序结构的相互作用、合并以及大涡的卷吸作用造成的，并非小尺度结构湍流扩散的结果。对于边界层而言，由于壁面的剪切作用，其卷吸过程更加复杂。

　　拟序结构对流场的混合、燃烧和化学反应过程、热的输运的影响已经引起了人们的重视，并成为近年来人们研究的重点，对拟序结构的人为控制也逐渐引起人们的注意。最初人们在飞行器设计中发现，通过人为地将分离点推后能使机翼获得更高的升力，而推迟分离点的具体办法就是激发拟序结构的产生。此外，通过影响边界层中的拟序结构能减少阻力，这无疑是一种经济而有效的办法。

控制

　　迄今为止，人们比较熟悉的增强拟序结构的方法有两种，一是对流场施加周期性激励;二是在流场中加入高分子聚合物。后者还能使自由剪切流中的非拟序小尺度结构变少。较早的研究结果还表明，在壁湍流中加入高分子聚合物后，能使壁面切应力减小，最近的研究探明这一结果与拟序结构的变化有关。

　　在流场中加一个相对高频的周期性激励、改变边界条件以及固壁表明条件或者设置大涡分解装置等方法，都可以起到抑制或者破坏拟序结构的作用。